积鼎CFDPro热管仿真：模拟热管内部流动及传热传质过程，优化热传输性能

热管作为一种高效的传热元件，其工作原理基于热传导和相变过程。它通常由管壳、吸液芯和端盖组成，内部充注适量的工作液体。在不消耗外部能源的情况下快速传递热量。热管因其高效的热传导性能，被广泛应用于各种需要有效散热的领域，如航空航天器的热控、电子设备的冷却等。尽管热管在实际应用中已经展现出了其优越的性能，但在设计和优化过程中仍然面临诸多挑战。实验测试虽然能够提供真实的数据，但往往成本高昂且周期长。此外，实验条件难以完全控制，可能会受到环境因素的影响。因此，仿真技术在热管设计和优化过程中起到了至关重要的作用。

热管模拟仿真目的

通过CFD技术模拟热管的实际工作过程，以预测和优化其热传输性能。仿真可以实现以下几个目的：

设计优化：基于仿真数据，可以调整热管的几何形状、管径、管长、翅片结构等关键参数，以最大化其热传输效率。

性能预测：通过CFD技术，可以预测热管在不同工况下的温度分布、压力变化、传热效率以及响应速度等关键参数。

流动与传热特性分析：揭示热管内部的流体流动和传热特性，观察到流体在热管内的流动路径、流速分布、压力分布以及温度分布等关键信息。

稳定性与可靠性评估：

评估热管在不同运行条件下的稳定性和可靠性。包括长时间运行、负荷变化、环境变化等多种情况。

热管仿真的难点

物理模型复杂性：

热管仿真涉及到两相流、多组分流动、相变现象、复杂的传热机制以及毛细力驱动的回流效应，这些都需要高精度的数学模型来描述。

边界条件设置：准确设定热管两端及壁面的热通量、压力、湿度等边界条件是仿真结果准确性的关键，而在实际情况中这些条件可能会随时间和空间变化。

微尺度效应：部分热管内部结构具有微观特征，如微槽、多孔介质等，这类微尺度效应对传热有显著影响，但建模难度较大。

数值计算挑战：求解涉及非线性方程组的稳定性、收敛性和计算资源需求较高，特别是在处理大规模三维模型时。

专业的热管模拟仿真模块

HeatPipePro是专用于热管内部流动、传热和传质仿真的模块。它能够精确分析热管中的吸液芯毛细驱动流动问题，揭示流体在微小通道中的流动机制；能够有效处理吸液芯表面的两相相变问题，准确模拟液体蒸发和气体冷凝过程；能分析冷凝器内部壁面的冷凝问题，评估冷凝效率和冷凝液分布；能够全面分析整个热管回路的工作状态，预测其在不同工作条件下的性能表现，为热管产品的研发提供有力支持。

功能特点

●  采用可压缩两相流模型处理热管内部压力、温度变化条件下的流体问题。●  多孔介质模型和毛细力模型耦合使用,保证了毛细芯内两相流动的顺利进行。●  沸腾冷凝相变模型可以准确描述热管内部相变问题。●  可对整个热管系统进行仿真,通过分析不同设计参数(充液率、几何尺寸等)计算结果,实现产品优化设计。

微槽道热管

典型应用案例

■ 航天器热管相变冷却

热管相变传热的物理过程复杂，涉及两相流动、换热、传质等现象，为时间与空间多尺度两相流形态。软件采用高效的Lee模型进行蒸发、冷凝现象的计算，多相流模型采用均相模型，可以模拟相变热管的热传递全过程。

■ 蒸发器部件仿真中的应用

软件通过模拟蒸发器内的毛细压力模型和沸腾模型，分析了蒸发器在不同工况下的性能表现，并验证了冷凝器内蒸汽冷凝过程受多种因素影响，为蒸发器和冷凝器的设计和优化提供了有力支持。

积鼎科技成立于2008年，是国产自主流体仿真软件研发及技术服务的高新技术企业。公司具有10余年CFD仿真技术开发应用经验，核心产品与技术已成功为中国航空发动机研究院、中国航发沈阳发动机研究所、上海空间推进研究所、西安航天动力研究所等航空航天客户提供专业的流体仿真解决方案。

审核编辑 黄宇